智能化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程技術(shù)中的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢研究

摘要：農(nóng)業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的根基性產(chǎn)業(yè)，在保障糧食供應(yīng)穩(wěn)定、推動經(jīng)濟(jì)穩(wěn)健發(fā)展等層面有著無可取代的作用。當(dāng)下，全球人口數(shù)量呈現(xiàn)持續(xù)攀升態(tài)勢，致使社會對農(nóng)產(chǎn)品的需求也在不斷加大。與此同時，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域勞動力匱乏以及成本攀升等難題愈發(fā)顯著。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械，已然難以契合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對于高效、精準(zhǔn)以及可持續(xù)發(fā)展的需求。在此背景下，智能化技術(shù)與農(nóng)業(yè)機(jī)械工程技術(shù)的深度融合，成為順應(yīng)時代發(fā)展的必然走向。本文將結(jié)合實踐經(jīng)驗，探索智能化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程技術(shù)中的現(xiàn)狀，并展望發(fā)展趨勢，旨在為農(nóng)業(yè)資源的科學(xué)合理配置及促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、智能化發(fā)展助力。

關(guān)鍵詞：智能化技術(shù)；農(nóng)業(yè)機(jī)械；工程技術(shù)；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

隨著信息技術(shù)、人工智能以及傳感器技術(shù)等一系列高新技術(shù)日新月異的發(fā)展，各個行業(yè)都在經(jīng)歷著翻天覆地的變革。對于農(nóng)業(yè)機(jī)械工程領(lǐng)域而言，智能化技術(shù)的運用已然成為驅(qū)動該行業(yè)進(jìn)步的核心動力。智能感知技術(shù)賦能農(nóng)業(yè)機(jī)械，使其能夠及時精準(zhǔn)地采集農(nóng)田環(huán)境與作物的相關(guān)信息；自動控制技術(shù)則達(dá)成了農(nóng)業(yè)機(jī)械的精確作業(yè)以及無人駕駛的功能；大數(shù)據(jù)與云計算技術(shù)更是為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策給予了堅實有力的支撐。這些智能化技術(shù)持續(xù)推陳出新并廣泛應(yīng)用，為農(nóng)業(yè)機(jī)械工程技術(shù)注入了全新的生機(jī)與活力。深度探究智能化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程技術(shù)中的當(dāng)下狀況與未來發(fā)展趨勢，有利于準(zhǔn)確把握技術(shù)創(chuàng)新的方向，進(jìn)而推動農(nóng)業(yè)機(jī)械行業(yè)實現(xiàn)技術(shù)層面的全面升級。

1 智能化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程技術(shù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 傳感器技術(shù)的應(yīng)用

1.1.1 環(huán)境參數(shù)感知

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)程中，傳感器可對農(nóng)田的溫度、濕度、光照以及土壤酸堿度等各類環(huán)境參數(shù)展開實時監(jiān)測。例如，溫濕度傳感器能夠精準(zhǔn)測定農(nóng)田環(huán)境內(nèi)溫濕度的動態(tài)變化，為農(nóng)作物的生長供應(yīng)適宜的環(huán)境參照依據(jù)。借助在農(nóng)田中布局多個傳感器節(jié)點，搭建起傳感器網(wǎng)絡(luò)，如此便能達(dá)成對大面積農(nóng)田環(huán)境全方位的感知。這使得農(nóng)民能夠依據(jù)實時獲取的環(huán)境數(shù)據(jù)，合理地對灌溉、施肥等農(nóng)事操作予以調(diào)整，進(jìn)而提升農(nóng)作物的產(chǎn)量與品質(zhì)。

1.1.2 作物生長信息獲取

借助傳感器技術(shù)，還能夠獲取與作物生長相關(guān)的信息[1]。例如，葉綠素傳感器能夠測量作物葉片里葉綠素的含量，憑借這一數(shù)據(jù)來評估作物的營養(yǎng)狀態(tài)以及生長的健康程度。除此之外，光譜傳感器能夠通過解析作物反射的光譜信息，判斷作物是否受到病蟲害的侵?jǐn)_，并且明確病蟲害的種類以及嚴(yán)重程度。這些信息為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)給予了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支撐，對實現(xiàn)作物生長的精細(xì)化管理大有裨益。

1.2 自動控制技術(shù)的應(yīng)用

1.2.1 精準(zhǔn)作業(yè)控制

自動控制技術(shù)讓農(nóng)業(yè)機(jī)械實現(xiàn)了精準(zhǔn)作業(yè)。以精準(zhǔn)施肥為例，施肥機(jī)械上安裝的傳感器能夠?qū)崟r收集土壤肥力信息，隨后自動控制系統(tǒng)依據(jù)這些信息，精準(zhǔn)地調(diào)節(jié)施肥量，保證不同地塊都能獲得恰到好處的肥料供給。在精準(zhǔn)灌溉方面，自動控制系統(tǒng)依據(jù)土壤濕度傳感器反饋回來的數(shù)據(jù)，自動操控灌溉設(shè)備的啟動與關(guān)停，并且對灌溉水量的多少進(jìn)行精準(zhǔn)把控，做到按需灌溉，有效提升了水資源的利用效率[2]。

1.2.2 無人駕駛技術(shù)

無人駕駛技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用正日趨成熟。像無人駕駛拖拉機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)這類農(nóng)業(yè)機(jī)械，能夠依照預(yù)先設(shè)定的路線與程序，獨立自主地完成田間作業(yè)。這些設(shè)備配備有全球定位系統(tǒng)（GPS）、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）以及激光雷達(dá)等多種傳感器，實現(xiàn)對自身所處位置以及周圍環(huán)境的精準(zhǔn)感知。無人駕駛農(nóng)業(yè)機(jī)械不但能夠減輕農(nóng)民的勞動強(qiáng)度，還可以提高作業(yè)的精準(zhǔn)度與效率，有效避免因人為因素而產(chǎn)生的作業(yè)失誤。

1.3 大數(shù)據(jù)與云計算技術(shù)的應(yīng)用

1.3.1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策支持

大數(shù)據(jù)與云計算技術(shù)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策給予了強(qiáng)有力的支撐。通過廣泛收集并深入分析海量的農(nóng)田環(huán)境數(shù)據(jù)、作物生長數(shù)據(jù)以及農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)數(shù)據(jù)等各類信息，運用數(shù)據(jù)分析算法，挖掘隱藏在數(shù)據(jù)背后的規(guī)律與潛在價值。例如，對多年積累的氣象數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)以及作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)加以剖析，便可構(gòu)建作物生長模型，以此預(yù)測不同種植條件下的作物產(chǎn)量，為農(nóng)民制定種植計劃和做出決策提供科學(xué)合理的依據(jù)[3]。與此同時，云計算技術(shù)讓海量數(shù)據(jù)的存儲與處理更為高效，有效削減了數(shù)據(jù)處理成本。

1.3.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理

依托大數(shù)據(jù)與云計算技術(shù)，達(dá)成了對農(nóng)業(yè)機(jī)械的遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理。農(nóng)民借助手機(jī)、電腦等終端設(shè)備，能夠?qū)崟r掌握農(nóng)業(yè)機(jī)械的運行狀況、作業(yè)進(jìn)展以及故障信息等。一旦農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)生故障，系統(tǒng)會即刻發(fā)出警報，并憑借數(shù)據(jù)分析給出故障診斷結(jié)果與維修建議。除此之外，管理人員還可依據(jù)實時數(shù)據(jù)對多臺農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)配與管理，優(yōu)化作業(yè)流程，全面提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的整體效率。

2 智能化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程技術(shù)應(yīng)用中存在的問題

2.1 技術(shù)成本較高

智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械在研發(fā)與生產(chǎn)過程中，所需成本相對偏高。這主要歸因于智能化技術(shù)涵蓋的諸多硬件設(shè)施，如傳感器、自動控制系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)處理設(shè)備等，其成本居高不下，同時相關(guān)軟件的研發(fā)投入也頗為巨大。以高精度的土壤傳感器為例，其價格高昂，這直接致使農(nóng)業(yè)機(jī)械的整體購置成本大幅攀升。對于數(shù)量眾多的農(nóng)民群體來說，如此高昂的價格成為智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械推廣應(yīng)用的阻礙，使得這類機(jī)械在市場上的普及程度較低。

2.2 技術(shù)集成度有待提高

當(dāng)下，盡管智能化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用已收獲一定成果，然而各技術(shù)之間的集成程度尚不理想。各類不同的傳感器、控制系統(tǒng)以及軟件，彼此之間存在兼容性方面的難題，使得數(shù)據(jù)的共享與交互面臨重重困難[4]。例如，部分農(nóng)業(yè)機(jī)械所配備的傳感器所采集到的數(shù)據(jù)，沒辦法直接與自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)順暢銜接，必須依靠人工來完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與處理工作。這樣不僅使操作變得更為復(fù)雜繁瑣，還降低了系統(tǒng)運行的效率以及可靠性。

2.3 專業(yè)人才短缺

智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械所涉及的知識領(lǐng)域具有多學(xué)科交叉的特點，涵蓋了機(jī)械工程、電子技術(shù)、信息技術(shù)以及農(nóng)業(yè)科學(xué)等諸多方面。但就目前的情況而言，同時精通農(nóng)業(yè)知識并且熟悉智能化技術(shù)的專業(yè)人才數(shù)量相對較少。一方面，農(nóng)業(yè)院校在專業(yè)設(shè)置以及課程體系構(gòu)建上，沒能及時順應(yīng)智能化技術(shù)的發(fā)展節(jié)奏，致使培養(yǎng)出來的學(xué)生在實際能力上難以契合現(xiàn)實需求。另一方面，農(nóng)業(yè)行業(yè)對于高素質(zhì)專業(yè)人才缺乏足夠的吸引力，進(jìn)而造成人才大量流失的現(xiàn)象較為嚴(yán)重。這種專業(yè)人才的短缺狀況，對智能化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)一步推廣與應(yīng)用形成了阻礙。

2.4 數(shù)據(jù)安全與隱私問題

伴隨大數(shù)據(jù)與云計算技術(shù)于農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的廣泛運用，數(shù)據(jù)安全與隱私方面的問題愈發(fā)突出。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)囊括了眾多農(nóng)田信息、作物信息以及農(nóng)民個人信息等內(nèi)容。一旦這些數(shù)據(jù)發(fā)生泄漏，極有可能給農(nóng)民造成經(jīng)濟(jì)損失，甚至?xí)壹Z食安全產(chǎn)生影響[5]。當(dāng)前，針對農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的安全保護(hù)機(jī)制還不夠健全，在數(shù)據(jù)的存儲、傳輸以及使用過程中，存在著較高的安全風(fēng)險。因此，有必要強(qiáng)化相關(guān)技術(shù)的研發(fā)力度，并推進(jìn)法律法規(guī)的建設(shè)進(jìn)程，以此確保數(shù)據(jù)的安全性與隱私性。

3 智能化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程技術(shù)中的發(fā)展趨勢

3.1 智能化程度持續(xù)提升

未來農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化水平將以前所未有的速度迅猛提升，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)開辟全新的發(fā)展境界，引領(lǐng)其邁向一個嶄新的高度。傳感器技術(shù)作為農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化進(jìn)程中的核心支撐要素，會朝著更為精確、小巧且智能的方向深入演進(jìn)。其將突破傳統(tǒng)單一維度信息采集的局限，能夠在第一時間全方位地捕捉農(nóng)業(yè)生產(chǎn)多個層面的信息。例如，科研工作者極有可能研發(fā)出一種具備強(qiáng)大功能的多功能傳感器，不但能夠同時精確探測多種土壤養(yǎng)分，諸如氮、磷、鉀等關(guān)鍵元素的具體含量，還能敏銳察覺作物的各類生理指標(biāo)，像是葉片的水分含量以及光合作用的效率等。通過全面、細(xì)致地收集這些信息，為農(nóng)作物的茁壯成長提供最為適宜的環(huán)境評估與分析。自動控制技術(shù)同樣會迎來重大突破，實現(xiàn)更高水準(zhǔn)的自主決策與自適應(yīng)控制[6]。屆時，農(nóng)業(yè)機(jī)械將大幅減少對人工頻繁干預(yù)的依賴，能夠依據(jù)復(fù)雜多變且時刻處于動態(tài)變化的農(nóng)田環(huán)境以及作物實時的生長狀況，自動且精準(zhǔn)無誤地對作業(yè)參數(shù)與作業(yè)模式作出調(diào)整。無論是面對地勢復(fù)雜多樣的不同農(nóng)田，還是作物處于各個不同生長階段的獨特需求，農(nóng)業(yè)機(jī)械都能夠靈活應(yīng)變，切實保障作業(yè)過程的高效性與精準(zhǔn)度。大數(shù)據(jù)與云計算技術(shù)的融合程度將會進(jìn)一步加深。二者借助深度學(xué)習(xí)與人工智能算法，達(dá)成對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化預(yù)測以及精準(zhǔn)決策。通過對海量的歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)展開深度剖析，提前預(yù)知病蟲害的暴發(fā)趨勢、天氣變化給作物帶來的影響等關(guān)鍵信息?；谶@些精準(zhǔn)的預(yù)測結(jié)果，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更為精細(xì)入微、更契合實際需求并且更具個性化特點的服務(wù)。

3.2 智能化技術(shù)集成化發(fā)展

為了攻克當(dāng)下智能化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程領(lǐng)域技術(shù)集成度欠佳的難題，未來該領(lǐng)域?qū)⒕劢辜苫l(fā)展方向。具體而言，科研工作者會著力制定統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與接口規(guī)范，以此推動不同類型的傳感器、控制系統(tǒng)以及軟件之間實現(xiàn)無縫銜接與順暢的數(shù)據(jù)共享。在這一發(fā)展進(jìn)程中，開發(fā)集成化的智能農(nóng)業(yè)機(jī)械系統(tǒng)成為關(guān)鍵舉措。該系統(tǒng)將把環(huán)境感知、自動控制、數(shù)據(jù)處理以及決策等諸多功能整合于一個統(tǒng)一的平臺之上，從而達(dá)成農(nóng)業(yè)機(jī)械各部件之間的協(xié)同運作，顯著提升系統(tǒng)的整體性能與運行效率。以實際應(yīng)用為例，有望研發(fā)出一種智能化農(nóng)業(yè)裝備，該裝備能夠?qū)⒕珳?zhǔn)播種、施肥、灌溉以及病蟲害防治等多項功能集于一身，真正實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一站式作業(yè)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來更高的效率與便捷性。

3.3 無人化作業(yè)全面普及

伴隨著無人駕駛技術(shù)持續(xù)走向成熟，其成本也逐漸降低，這使得無人化作業(yè)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)⒌靡匀嫱茝V。當(dāng)前，除了已有的無人駕駛拖拉機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械，未來會有更多種類的農(nóng)業(yè)設(shè)備邁向無人化操作，像無人植保機(jī)、無人割草機(jī)等都將成為現(xiàn)實。無人化作業(yè)帶來的優(yōu)勢十分顯著，其不僅能夠提升作業(yè)的效率與質(zhì)量，還能夠在惡劣的作業(yè)環(huán)境中正常運行，從而減少人力的大量投入。而且，無人化的農(nóng)業(yè)機(jī)械彼此之間將實現(xiàn)相互連通，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建起智能農(nóng)業(yè)作業(yè)網(wǎng)絡(luò)。通過這個網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)多臺設(shè)備的協(xié)同作業(yè)以及智能化的調(diào)度管理，進(jìn)而使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在規(guī)?；c智能化方面的水平得到進(jìn)一步提升。

3.4 與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)深度融合

智能化技術(shù)會與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)展開深度交融，打造更為完備的農(nóng)業(yè)智能感知、傳輸及控制系統(tǒng)。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將達(dá)成對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全流程各環(huán)節(jié)的全方位感知與數(shù)據(jù)收集，涵蓋農(nóng)田環(huán)境狀況、作物生長態(tài)勢以及農(nóng)業(yè)機(jī)械的運轉(zhuǎn)情形等多個方面。借助高速且穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)傳輸渠道，所采集到的數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r被傳送至云端，進(jìn)行存儲與分析處理[7]。基于這些豐富的數(shù)據(jù)，智能化技術(shù)可做出智能決策并實施精準(zhǔn)控制，從而達(dá)成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動化與智能化管理目標(biāo)。通過促使農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與智能化技術(shù)有機(jī)結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品從種植、加工直至銷售整個流程的質(zhì)量追溯以及智能化管理，這不僅有助于提升農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全水準(zhǔn)，還能增強(qiáng)其在市場中的競爭力。

3.5 綠色可持續(xù)發(fā)展導(dǎo)向

在全球大力倡導(dǎo)綠色可持續(xù)發(fā)展理念的大背景之下，智能化技術(shù)于農(nóng)業(yè)機(jī)械工程領(lǐng)域，將更為著重綠色環(huán)保以及資源節(jié)約方面的考量。展望未來，智能化的農(nóng)業(yè)機(jī)械會選用更為高效節(jié)能的動力系統(tǒng)，同時搭配更為科學(xué)合理的作業(yè)方式，以此實現(xiàn)能源消耗的降低以及對環(huán)境負(fù)面影響的減輕。比如，致力于研發(fā)并推廣以電動或混合動力為驅(qū)動的農(nóng)業(yè)機(jī)械，從而逐步降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對于傳統(tǒng)化石能源的過度依賴。與此同時，憑借智能化技術(shù)，能夠達(dá)成精準(zhǔn)施肥、精準(zhǔn)灌溉以及精準(zhǔn)用藥。這意味著可以精確把控化肥、農(nóng)藥以及水資源的使用量，避免浪費，有效減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中對環(huán)境所造成的負(fù)面效應(yīng)，推動農(nóng)業(yè)朝著可持續(xù)發(fā)展的方向穩(wěn)步邁進(jìn)。

4 結(jié)語

綜上所述，智能化技術(shù)于農(nóng)業(yè)機(jī)械工程領(lǐng)域已收獲一定成果，然而，依舊遭遇著諸如成本較高、集成度不足等一系列難題。未來，智能化技術(shù)在這一領(lǐng)域會朝著智能化程度更高、集成化更為完善以及綠色環(huán)保特性更突出的方向大步邁進(jìn)。唯有通過堅持不懈地創(chuàng)新，強(qiáng)化各方協(xié)同合作，方可加快智能化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程中的實際應(yīng)用進(jìn)程。

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